Genética de Poblaciones 1. Barbadilla. Tema17

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Dr. Antonio Barbadilla

Tema 17: Genética Poblaciones I 1

Genética de Poblaciones I: La revolución Darwiniana

Genética de Poblaciones I: La revolución Darwiniana

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Tema 17: Genética de Poblaciones I: La revolución darwiniana, el equilibrio de Hardy-Weinberg y

sistemas de apareamiento

•La revolución darwiniana: el pensamiento poblacional•La selección natural•Principios de la selección natural•La variación genética y sus estimación•Población mendeliana•Apareamiento aleatorio y ley de Hardy-Weinberg•Apareamiento no aleatorio

•Apareamiento clasificado•Endogamia

Puntos principales a tratar:

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Nothing in Biology makes sense except in the light

of evolution

Theodosius Dobzhansky

Nada tiene sentido en biología si no es a la luz

de la evolución


Nada tiene sentido en biología si no es a la luz

de la evolución


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EL PARADIGMA EL PARADIGMA POBLACIONAL: POBLACIONAL:

la variación la variación en el seno de en el seno de las las poblaciones poblaciones es la materia es la materia prima de la prima de la evoluciónevolución

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GenotipoGenotipo FenotipoFenotipoExpresión génica,

desarrollo

Siguiente generación Transmisión

Lo único que se trasmite a la descendencia Lo único que se trasmite a la descendencia son genesson genes

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Evolución desde la Evolución desde la perspectiva poblacional: perspectiva poblacional:

Es el cambio acumulativo en la composición genética de

las poblaciones

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Población mendeliana: Población mendeliana:

Conjunto de individuos intercruzables que comparten un acervo genético común

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La problemática de la La problemática de la genética de poblaciones genética de poblaciones

es la descripción y es la descripción y explicación de la variación explicación de la variación

genética dentro y entre genética dentro y entre poblacionespoblaciones

TTheodosious heodosious DobzhanskyDobzhansky

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•Variación genética o polimorfismo Variación genética o polimorfismo genéticogenético:

existencia en una población de dos o más formas alélicas en frecuencias apreciables

•Frecuencia génica o alélicaFrecuencia génica o alélica (unidad básica de evolución):

f(A) proporción de un alelo dado en la población

Gen X, alelos A y a

A ap = f(A)q = f(a)

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La Genética de Poblaciones es una Teoría de Fuerzas

p = f(A)

Deriva genética

Selección natural

Mutación

MigraciónFactores que cambian las frecuencias génicas en

las poblaciones

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El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética

Variación fenotípica cuantitativa: morfológica, fisiológica, conductual

Genética Cuantitativa Continua y discreta ->

Experimentos de selección, endogamia

ConclusiónConclusión:Existe variación genética para casi Existe variación genética para casi

cualquier caráctercualquier carácter

XXXX

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El problema empírico: la lucha por la medida de la variación genética

(2) Variación cualitativa: polimorfismos genéticos y variantes raras

•Polimorfismo morfológico (color, tamaño, forma)•Polimorfismo inmunológico (grupos sanguíneos: AB0, Rh, NM,... 40 en humanos)•Polimorfismo cromosómico (inversiones paracéntricas en Drosophila, reordenaciones)

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Caracol de huerta europeo Cepaea nemoralis

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Geómetra del abedul Biston betularia

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Cromosomas politénicos de Drosophila

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Teorías de la variación en los Teorías de la variación en los 6060

•Ausencia de variación

•Selección purificadora

•Genotipo salvaje es óptimo

•Muller (laboratorio)

•Eugenesia

•Variación ubicua

•Selección equilibradora

•No existe un genotipo salvaje

•Dobzhansky (naturalista)

•¡Viva la diversidad!, no interferencia

Teoría clásicaTeoría clásica Teoría equilibradoraTeoría equilibradora

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El problema empírico: la lucha por la medida de la variación

genética (y 3)•Polimorfismo proteico (alozímico) Electroforesis de proteínas en gel (Lewontin & Hubby 1966; Harris 1966)

-> era alozímica: la variación es ubicua. Consecuencia teórica: teoría neutralista. Nace la evolución molecular.

•Polimorfismos en el nivel del DNA

•RFLPs•Microsatélites•Secuencias de DNA

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Polimorfismos de DNAPolimorfismos de DNA

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Polimorfismos de DNA

Secuencia 11 acgtagcatcgtatgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 22 acgtagcatcgtatgcgttagacggggtggtagcaccagtacag

Secuencia 33 acgtagcatcgtatgcgttagacggcggggtagcaccagtacag

Secuencia 4 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 5 acgtagcatcgtttgcgttagacgggggggtagcaccagtacag

Secuencia 6 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag

Secuencia 7 7 acgtagcatcgtttgcgttagacggcatggcaccggcagtacag



A G A G T T C T G C T C G

A G G G T T A T G C G C G

SNPsSingle Nucleotide Polymorphism

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Medidas de la diversidad genéticaEjemplo: Estudio electroforético de la enzima

glucosa fosfato isomerasa en una población de ratonesGenotipo

F/F F/S S/S Total

N. individuos 4 7 5 16

N. alelos F 8 7 0 15

N. alelos S 0 7 10 17N. alelos F + S 8 14 10 32

p = f(F) =4 + (1/2) 7

16

= 0,469 pq= 1 - = 0,531

•Frecuencia genotípica

•Frecuencia alélica o génica

•HeterocigosidadH = 7/16 = 0,4375

f(FF) = 4 / 16 f(FS) = 7 /16 f(SS) = 5/16

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Genotipo Frecuenciasalélicas

Población MM MN NN p(M) p(N)

Esquimal 0,835 0,156 0,009 0,913 0,087

AborigenAustralia

0,024 0,304 0,672 0,176 0,824

Egipcia 0,278 0,489 0,233 0,523 0,477

Alemania 0,297 0,507 0,196 0,550 0,450

China 0,332 0,486 0,182 0,575 0,425

Nigeria 0,301 0,495 0,204 0,548 0,452

Frecuencias genotípicas y alélicas para el locus del grupo sanguíneo MN en varias poblaciones

humanas

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Población I A I B i

Esquimal 0,333 0,026 0,641

Sioux 0,035 0,010 0,955

Belga 0,257 0,058 0,684

J aponés 0,279 0,172 0,549

Pigmea 0,227 0,219 0,554

Frecuencia de los alelos IA, IB, e i en el locus del grupo sanguíneo ABO en varias poblaciones

humanas

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Patrones de variación electroforética

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Ley del equilibrio de Hardy-Weinberg

Considera como se relacionan las frecuencias alélicas y genotípicas en una población mendeliana bajo una serie de supuestos ideales

•Generaciones discretas y no solapantes•Apareamiento aleatorio•Tamaño de población infinito•No mutación, no migración entre poblaciones•No diferencias en eficacia biológica (selectivas) entre los distintos genotipos

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Esperma

Huevos

AAp2

Aapq

Aapq

aaq2

Ap

aq

a q

A p

Frecuencias alélicas

Los supuestos implican una unión aleatoria de los alelos para formar

genotipos

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Ley del equilibrio de Hardy-WeinbergConsecuencias de los supuestos:

•Reducción de la dimensionalidad de una población. Conociendo las frecuencias alélicas podemos predecir las genotípicas•Equilibrio alélico y genotípico.

•Las frecuencias alélicas no cambian de generación en generación (equilibrio alélico)•Las frecuencias genotípicas no cambian de generación en generación (equilibrio genotípico). Después de una generación de apareamiento aleatorio, se alcanzan las frecuencias genotípicas de equilibrio

•Sistema conservativo, análogo al principio de inercia. Solución al problema de cómo se conserva la variación genética•Modelo nulo por excelencia: Aunque las desviaciones son difíciles de detectar, cualquier desviación es una indicación de que algo pasa en la población

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Frecuencia cigotos (progenie)

Apareamiento Frecuenciaapareamiento

AA Aa aa

AA x AA P2 1 0 0

AA x Aa 2PQ ½ ½ 0

AA x aa 2PR 0 1 0

Aa x Aa Q2 ¼ ½ ¼

Aa x aa 2QR 0 ½ ½

aa x aa R2 0 0 1

Totales próxima generación P’ Q’ R’

P’ = P2 + 2PQ/2 + Q2/4 = (P + Q/2)2 = p2

igualmente se demuestra que Q’ = 2pq y R’ = q2

Demostración de la ley de Hardy-Weinberg

P = f(AA)Q = f(Aa)R = f(aa)

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0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00 0

,1 0

,2 0

,3 0

,4 0

,5 0

,6 0

,7 0

,8 0

,9 1

,0

p = f(A)

Frecu

enci

a

2pq (Aa)

p2 (AA)q2 (aa)

Gráfico de p2, 2pq y q2.

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Genotipo

MM MN NN TotalN. individuos 1787 3037 1305 6129N. alelos M 3574 3037 0 6611N. alelos N 0 3037 2610 5647N. alelos M + N 3574 6074 2610 12258

Prueba de ajuste a Hardy-Weinberg

Frecuencia alélica M = 6611/12258 = 0,53932 = pFrecuencia alélica N = 5647/12258 = 0,46068 = q

Frecuencia esperada p2 = 0,2908 2pq = 0,4969 q2 = 0,2122 1,000

Número esperada 1782,7 3045,6 1300,7 6129(Frecuencia X 6129)

84,3

04887,0)(

2..1;05,0

22

lg

esperadonúmero

esperadonúmeroobservadonúmeroX

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Generalización del Equilibrio de Hardy-Weinberg

A1 A2A1 A1 A1 A2 A2A2

P2 2pq q2 p q

•Un gen ligado al X

•Múltiples alelosEjemplo, 3 alelos con frecuencias p,q y r. Las frecuencias genotípicas son las que resultan de las expansión (p+q+r)2 = p2 + 2pq + 2pr + q2 + 2qr + r2

•DominanciaSe puede estimar las frecuencias alélicas si suponemos quela población está en equilibrio Hardy-Weinberg. Ej. Individuos con fenotipo Rh+ 85%. Si suponemos H-W la frecuencia del alelo Rh+ es del 85.8%

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Desviaciones del apareamiento aleatorioDesviaciones del apareamiento aleatorio

•Apareamiento clasificado: los distintos fenotipos no se aparean al azar

•positivo: tendencia a aparearse con fenotipos semejantes (altura, color de piel,...)•negativo: tendencia a aparearse con fenotipos opuestos

•Endogamia: cuando el cruce entre parientes es más común de lo que se espera por azar (exogamia es el concepto opuesto)Diferencias entre ambos conceptos: el apareamiento clasificado afecta a los fenotipos preferidos, mientras que la endogamia afecta a todo el genoma

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Consecuencias de las desviaciones del Consecuencias de las desviaciones del apareamiento aleatorioapareamiento aleatorio

•Desviación de las frecuencias genotípicas de las esperadas por Hardy-Weinberg

•Mayor homozigosidad: apareamiento clasificado positivo y endogamia•Mayor heterozigosidad: apareamiento clasificado negativo

•No cambio en las frecuencias alélicas

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•En una població que està en equilibri de Hardy-Weinberg, la freqüència de l’al.lel A és de 0,7 i la de l’al.lel a és de 0,3. a) Quin percentatge de la població serà homozigòtica? b) Quines seran les freqüències gèniques i genotípiques després d’una generació, si solament s’encreuen els heterozigots?

•Si el 4% dels individus d’una població que es troba en equilibri Hardy-Weinberg manifesta un fenotip recessiu, quina és la probabilitat de que un descendent de dos individus que no expressin aquest caràcter recessiu, si que l’expressi?

•En una població animal, el 20% dels individus són AA, el 60% són Aa i el 20% són aa. Quines són les freqüències al.lèliques?

•En aquesta població els encreuaments sempre són entre fenotips semblants, però dins de cada grup fenotípic és a l’atzar. Quines freqüències genotípiques i al.leliques hi haurà a la següent generació?

•En una població humana constituida per 100.000 individus, el 40% són del grup sanguini A, el 28% del B, el 25% de l'AB i la resta del 0. a) Calculeu les freqüències gèniques i genotípiques. b) En quin supòsits us heu basat per respondre l'apartat anterior?

•Comenteu l’efecte que té la deriva genètica en les poblacions naturals. De què depèn la força de la deriva genètica? Expliqueu dos casos típics de deriva genètica, il•lustrant-los amb exemples reals.

•El daltonisme és causat per un al.lel recessiu lligat al sexe. Un de cada deu homes és daltònic. Si suposem que la població està en equilibri de Hardy-Weinberg, a) Quina és la proporció de dones daltòniques? b) Quants homes daltònics hi ha per cada dona daltònica? c) En quina proporció de les parelles afectarà el daltonisme a la meitat dels fills de cada sexe? d) Quina és la proporció de parelles en les que tots els fills són normals?

Problemas de exámenes pasados Problemas de exámenes pasados

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Web de genética de poblaciones (A. Barbadilla) Ensayos de evolución (A. Barbadilla) EvoTutor: Learning through interactive simulation (on line y off line) Sitio excelente para aprender los procesos genético poblacionales mediante simulación Calculadora de Hardy-Weinberg

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